Seismic performance evaluation of RC columns surrounded by 3D-printed outer shells including short fibers based on quasi-static cyclic loading tests
In this study, two 3DCP (3D concrete printing)-RC composite columns with 3D-outer shells which one containing 1% and the other containing 2% short fibers were produced and compared with a conventional RC column in terms of seismic performance through quasi-static cyclic loading tests. As a result, i...
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| Published in | Journal of Structural Engineering, A Vol. 71A; pp. 641 - 654 |
|---|---|
| Main Authors | , , , |
| Format | Journal Article |
| Language | Japanese |
| Published |
Japan Society of Civil Engineers
2025
公益社団法人 土木学会 |
| Subjects | |
| Online Access | Get full text |
| ISSN | 1881-820X |
| DOI | 10.11532/structcivil.71A.641 |
Cover
| Abstract | In this study, two 3DCP (3D concrete printing)-RC composite columns with 3D-outer shells which one containing 1% and the other containing 2% short fibers were produced and compared with a conventional RC column in terms of seismic performance through quasi-static cyclic loading tests. As a result, it was confirmed that the maximum horizontal strength and the ductility on both 3DCP-RC columns were enhanced in comparison with the conventional column. On the other hand, the short fiber volume contained in outer shell had only a slight impact on seismic performance, and this seemed to be caused by butt joints due to 3D-printing path which avoided the rebars embedded in the footing. Nevertheless, the 3DCP-RC column in this study demonstrated the enough high seismic performance. |
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| AbstractList | In this study, two 3DCP (3D concrete printing)-RC composite columns with 3D-outer shells which one containing 1% and the other containing 2% short fibers were produced and compared with a conventional RC column in terms of seismic performance through quasi-static cyclic loading tests. As a result, it was confirmed that the maximum horizontal strength and the ductility on both 3DCP-RC columns were enhanced in comparison with the conventional column. On the other hand, the short fiber volume contained in outer shell had only a slight impact on seismic performance, and this seemed to be caused by butt joints due to 3D-printing path which avoided the rebars embedded in the footing. Nevertheless, the 3DCP-RC column in this study demonstrated the enough high seismic performance. |
| Author | Hata, Akihito Kinomura, Koji Yamamoto, Yujin Murata, Satoshi |
| Author_FL | 山本 悠人 畑 明仁 木ノ村 幸士 村田 哲 |
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| ContentType | Journal Article |
| Copyright | 2025 by Japan Society of Civil Engineers |
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| DBID | RYH |
| DOI | 10.11532/structcivil.71A.641 |
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| DocumentTitleAlternate | 短繊維補強モルタルを用いて3Dプリント構築した外殻を有する3DCP-RC複合柱の正負交番載荷試験に基づく耐震性能評価 |
| DocumentTitle_FL | 短繊維補強モルタルを用いて3Dプリント構築した外殻を有する3DCP-RC複合柱の正負交番載荷試験に基づく耐震性能評価 |
| EISSN | 1881-820X |
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| PublicationCentury | 2000 |
| PublicationDate | 2025 |
| PublicationDateYYYYMMDD | 2025-01-01 |
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| PublicationDecade | 2020 |
| PublicationTitle | Journal of Structural Engineering, A |
| PublicationTitleAlternate | Kozo Kogaku Ronbunshu. A |
| PublicationTitle_FL | Journal of Structural Engineering, A Kozo Kogaku Ronbunshu. A (Journal of Structural Engineering. A) Journal of Structural Engineering. A Kozo Kogaku Ronbunshu. A 構造工学論文集 Ａ |
| PublicationYear | 2025 |
| Publisher | Japan Society of Civil Engineers 公益社団法人 土木学会 |
| Publisher_xml | – name: Japan Society of Civil Engineers – name: 公益社団法人 土木学会 |
| References | 17) （独）土木研究所：軸方向鉄筋のはらみ出し減少に着目した鉄筋コンクリート橋脚の塑性ヒンジ長の推定手法に関する研究，土木研究所資料第4257号，2013. 8) Shin Hau Bong, Behzad Nematollahi, Viktor Mechtcherine, Victor C. Li, and Kamal H. Khayat：Three-Dimensional-Printed Engineered, Strain-Hardening Geopolymer Composite as Permanent Formwork for Construction of Reinforced Concrete Beam，American Concrete Institute Structural Journal，vol.121(2)，pp.37-48，2024. 16) 浅津直樹，運上茂樹，星隈順一，近藤益央：軸方向鉄筋の座屈解析による鉄筋コンクリート橋脚の塑性ヒンジ長に関する研究，土木学会論文集，No.682/I-56,pp.177-194，2001. 6) 木ノ村幸士，張文博，川端康平，河村圭亮：3Dプリンティングで外殻を構築したデモ橋脚の交番載荷試験による性能評価，コンクリート工学年次論文集，Vol.44，No.1，pp.1528-1533，2022. 1) 国土交通省：コンクリート生産性向上検討協議会 https://www.mlit.go.jp/tec/i-con-concrete.html（参照2024.8.8） 12) 二羽淳一郎，山田一宇，横沢和夫，岡村甫：せん断補強鉄筋を用いないRCはりのせん断強度式の再評価，土木学会論文集，Vol.352，V-5，pp.167-176，1986. 20) （公社）日本道路協会：道路橋震災対策便覧（震災復旧編），2023. 9) （公社）土木学会：[2022年制定]コンクリート標準示方書[設計編]，2023. 11) （独）土木研究所：橋の耐震性能の評価に活用できる実験に関するガイドライン（案），土木研究所資料第4023号，2006. 5) 山本悠人，木ノ村幸士，村田哲，張文博：セメント系3Dプリンティング外殻による拘束がコンクリートの応力-ひずみ関係に及ぼす影響の評価，第27回橋梁等の耐震設計シンポジウム講演論文集，pp.343-348，2024. 15) （公社）日本道路協会：道路橋示方書・同解析Ⅴ耐震設計編，2017. 19) 牧剛史，土屋智史，斉藤成彦，渡邊忠朋：構成材料の損傷に基づくRC柱の耐荷・変形性能の数値解析的評価，土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造），Vol.71，No.1，pp.29-47，2015. 3) 監物希美，松田聡美，竹市八重子，東大智：3Dプリンティングで外殻を構築した梁の載荷試験，コンクリート工学年次論文集，Vol.46，No.1，pp.2053-2058，2024. 7) Nicolas Roussel, Dirk Lowke ：Digital fabrication with cement-based materials，RILEM State Art Reports, volume 36，2022. 13) 五島健斗，植村佳大，高橋良和：設計基準外事象に対する挙動が定性的に予測可能な埋め込みメナーゼヒンジRC構造の開発，土木学会論文集A1（構造・地震工学），Vol.75，No.4，I_506-519，2019. 18) 塩谷智基，麻植久史，奥出信博，國居史武：弾性波トモグラフィ法によるコンクリートの内部損傷評価，コンクリート工学，Vol.60，No.9，pp.771-776，2022 14) 植村佳大，五島健斗，高橋良和：復旧時の要求性能を実現するコンクリートヒンジの開発とそれを埋め込んだRC柱の正負交番載荷試験，土木学会論文集A1（構造・地震工学），Vol.77，No.4，I_266-283，2021. 10) （公社）日本コンクリート工学会：繊維補強セメント系複合材料の新しい利用方法に関するシンポジウム委員会報告書・論文集，2012.9 4) 山本悠人，木ノ村幸士，村田哲，Tarek SABRA，大野元寛：3Dプリンティング外殻によるRCはりのせん断耐力向上効果の検討，コンクリート構造物の補修，補強，アップグレード論文報告集，No.24，pp.351-356，2024. 2) （公社）土木学会：3Dプリンティング技術の土木構造物への適用に関する研究小委員会（364委員会）成果報告書，コンクリート技術シリーズ133，2023. 21) 堺淳一，StephenMAHIN：地震後の残留変位を低減する橋脚の開発，土木技術資料48-3，pp.52-57，2006. 22) 岩田秀治，長谷川明紀，石田哲也：バサルトFRP筋コンクリート柱部材の載荷試験，令和6年度土木学会全国大会第79回年次学術講演会，V-88，2024. |
| References_xml | – reference: 5) 山本悠人，木ノ村幸士，村田哲，張文博：セメント系3Dプリンティング外殻による拘束がコンクリートの応力-ひずみ関係に及ぼす影響の評価，第27回橋梁等の耐震設計シンポジウム講演論文集，pp.343-348，2024. – reference: 11) （独）土木研究所：橋の耐震性能の評価に活用できる実験に関するガイドライン（案），土木研究所資料第4023号，2006. – reference: 22) 岩田秀治，長谷川明紀，石田哲也：バサルトFRP筋コンクリート柱部材の載荷試験，令和6年度土木学会全国大会第79回年次学術講演会，V-88，2024. – reference: 3) 監物希美，松田聡美，竹市八重子，東大智：3Dプリンティングで外殻を構築した梁の載荷試験，コンクリート工学年次論文集，Vol.46，No.1，pp.2053-2058，2024. – reference: 12) 二羽淳一郎，山田一宇，横沢和夫，岡村甫：せん断補強鉄筋を用いないRCはりのせん断強度式の再評価，土木学会論文集，Vol.352，V-5，pp.167-176，1986. – reference: 13) 五島健斗，植村佳大，高橋良和：設計基準外事象に対する挙動が定性的に予測可能な埋め込みメナーゼヒンジRC構造の開発，土木学会論文集A1（構造・地震工学），Vol.75，No.4，I_506-519，2019. – reference: 7) Nicolas Roussel, Dirk Lowke ：Digital fabrication with cement-based materials，RILEM State Art Reports, volume 36，2022. – reference: 17) （独）土木研究所：軸方向鉄筋のはらみ出し減少に着目した鉄筋コンクリート橋脚の塑性ヒンジ長の推定手法に関する研究，土木研究所資料第4257号，2013. – reference: 18) 塩谷智基，麻植久史，奥出信博，國居史武：弾性波トモグラフィ法によるコンクリートの内部損傷評価，コンクリート工学，Vol.60，No.9，pp.771-776，2022 – reference: 6) 木ノ村幸士，張文博，川端康平，河村圭亮：3Dプリンティングで外殻を構築したデモ橋脚の交番載荷試験による性能評価，コンクリート工学年次論文集，Vol.44，No.1，pp.1528-1533，2022. – reference: 14) 植村佳大，五島健斗，高橋良和：復旧時の要求性能を実現するコンクリートヒンジの開発とそれを埋め込んだRC柱の正負交番載荷試験，土木学会論文集A1（構造・地震工学），Vol.77，No.4，I_266-283，2021. – reference: 16) 浅津直樹，運上茂樹，星隈順一，近藤益央：軸方向鉄筋の座屈解析による鉄筋コンクリート橋脚の塑性ヒンジ長に関する研究，土木学会論文集，No.682/I-56,pp.177-194，2001. – reference: 10) （公社）日本コンクリート工学会：繊維補強セメント系複合材料の新しい利用方法に関するシンポジウム委員会報告書・論文集，2012.9 – reference: 1) 国土交通省：コンクリート生産性向上検討協議会 https://www.mlit.go.jp/tec/i-con-concrete.html（参照2024.8.8） – reference: 2) （公社）土木学会：3Dプリンティング技術の土木構造物への適用に関する研究小委員会（364委員会）成果報告書，コンクリート技術シリーズ133，2023. – reference: 4) 山本悠人，木ノ村幸士，村田哲，Tarek SABRA，大野元寛：3Dプリンティング外殻によるRCはりのせん断耐力向上効果の検討，コンクリート構造物の補修，補強，アップグレード論文報告集，No.24，pp.351-356，2024. – reference: 21) 堺淳一，StephenMAHIN：地震後の残留変位を低減する橋脚の開発，土木技術資料48-3，pp.52-57，2006. – reference: 8) Shin Hau Bong, Behzad Nematollahi, Viktor Mechtcherine, Victor C. Li, and Kamal H. Khayat：Three-Dimensional-Printed Engineered, Strain-Hardening Geopolymer Composite as Permanent Formwork for Construction of Reinforced Concrete Beam，American Concrete Institute Structural Journal，vol.121(2)，pp.37-48，2024. – reference: 19) 牧剛史，土屋智史，斉藤成彦，渡邊忠朋：構成材料の損傷に基づくRC柱の耐荷・変形性能の数値解析的評価，土木学会論文集E2（材料・コンクリート構造），Vol.71，No.1，pp.29-47，2015. – reference: 15) （公社）日本道路協会：道路橋示方書・同解析Ⅴ耐震設計編，2017. – reference: 20) （公社）日本道路協会：道路橋震災対策便覧（震災復旧編），2023. – reference: 9) （公社）土木学会：[2022年制定]コンクリート標準示方書[設計編]，2023. |
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| SubjectTerms | 3-dimension printing 3Dプリンティング quasi-static cyclic loading RC column RC柱 short fiber 正負交番載荷試験 短繊維 |
| Title | Seismic performance evaluation of RC columns surrounded by 3D-printed outer shells including short fibers based on quasi-static cyclic loading tests |
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